FERRAMENTA DE AUXÍLIO A TRATAMENTOS...
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UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO – BACHARELADO FERRAMENTA DE AUXÍLIO A TRATAMENTOS FISIOTERAPÊUTICOS COM O KINECT FELIPE PILON BLUMENAU 2013 2013/1-15
Transcript of FERRAMENTA DE AUXÍLIO A TRATAMENTOS...
UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO – BACHARELADO
FERRAMENTA DE AUXÍLIO A TRATAMENTOS
FISIOTERAPÊUTICOS COM O KINECT
FELIPE PILON
BLUMENAU 2013
2013/1-15
FELIPE PILON
FERRAMENTA DE AUXÍLIO A TRATAMENTOS
FISIOTERAPÊUTICOS COM O KINECT
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade Regional de Blumenau para a obtenção dos créditos na disciplina Trabalho de Conclusão de Curso II do curso de Ciência da Computação — Bacharelado.
Prof. Aurélio Hoppe, Mestre - Orientador
BLUMENAU 2013
2013/1-15
FERRAMENTA DE AUXÍLIO A TRATAMENTOS FISIOTERAPÊUTICOS COM O KINECT
Por
FELIPE PILON
Trabalho aprovado para obtenção dos créditos na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso II, pela banca examinadora formada por:
______________________________________________________ Presidente: Prof. Aurélio Hoppe, Mestre – Orientador, FURB
______________________________________________________ Membro: Prof. Dalton Solano dos Reis, Mestre – FURB
______________________________________________________ Membro: Prof. Francisco Adell Péricas, Mestre – FURB
Blumenau, 8 de julho de 2013
Dedico este trabalho a todos os professores, familiares e amigos que, de maneira direta ou indireta, me ajudaram na elaboração do mesmo.
AGRADECIMENTOS
À Deus, pela capacidade recebida.
À minha família, que com esforço e sacrifício, me deram as condições necessárias para
realizar mais este trabalho.
Aos meus amigos, pela ajuda recebida em todos os momentos que precisei.
Ao meu orientador, Aurélio Hoppe, que com paciência, competência e dedicação me
incentivou e mostrou o caminho para a completa realização deste trabalho.
À minha empresa, BGA Gerencial Tecnologia, pelo incentivo e pelo tempo concedido
durante o desenvolvimento deste.
Às alunas do Curso de Fisioterapia, Daniela Cristina Sabel e Giovana Vettorello, que
compartilharam parte do conhecimento necessário para o correto desenvolvimento deste.
Tudo pode ser tirado de um homem, menos a última de suas liberdades – escolher de que maneira vai agir diante das circunstâncias do seu destino.
Viktor Emil Frankl
RESUMO
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta de auxílio a tratamentos fisioterápicos que faz o uso do sensor Kinect. A ferramenta permite ao fisioterapeuta criar exercícios utilizando peças posicionadas dinamicamente no espaço 3D de acordo com o paciente e o tipo de tratamento a ser feito. Ao executar um exercício cadastrado, o paciente visualiza na tela as peças do exercício e o esqueleto que representa o seu próprio corpo, reproduzindo em tempo real os seus movimentos. Os testes que foram realizados com pacientes reais comprovaram a eficácia no uso da ferramenta nos tratamentos de reabilitação dos mesmos. Para desenvolvimento da ferramenta utilizou-se o ambiente de desenvolvimento Visual Studio 2012, com a linguagem de programação C#, banco de dados SQL Server 2012 e utilizando as tecnologias Microsoft Entity Framework e Windows Presentation Foundation.
Palavras-chave: Kinect. Fisioterapia. Reabilitação.
ABSTRACT
This paper presents the development of a tool to aid the physiotherapy treatment that makes use of the Kinect sensor. The tool allows the therapist to create exercises using parts dynamically positioned in 3D space according to the patient and the type of treatment to be done. Registered to perform an exercise, the patient displayed on screen parts of the exercise and the skeleton that represents your own body, playing in real time their movements. The tests that were conducted with real patients demonstrated the effective use of the tool in rehabilitation treatments thereof. For tool development used the development environment Visual Studio 2012 with the C# programming language, database SQL Server 2012 and the technologies Microsoft Entity Framework and Windows Presentation Foundation.
Key-words: Kinect. Physiotherapy. Rehabilitation.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - O sensor Kinect ........................................................................................................ 15
Figura 2 - Juntas reconhecidas pelo Kinect .............................................................................. 17
Quadro 1- Diferença(s) entre o método tradicional de fisioterapia e o método com o uso do
Wii ......................................................................................................................... 21
Figura 3 - Tela do jogo Pong com duas raquetes habilitadas ................................................... 23
Figura 4 - Movimento executado corretamente ........................................................................ 25
Figura 5 - Diagrama de casos de uso da ferramenta ................................................................. 28
Figura 6 - Diagrama de Classes ................................................................................................ 29
Figura 7 - Diagrama de sequência da ferramenta ..................................................................... 31
Figura 8 - Diagrama da base de dados ...................................................................................... 32
Quadro 2 - Gramática para reconhecimento dos comandos de voz ......................................... 34
Quadro 3 - Implementação da interface IObjetoGrafico2D na classe Junta ............................ 35
Quadro 4 - Rotina que conecta ao sensor Kinect...................................................................... 36
Quadro 5 - Rotina para atualizar os esqueletos (parte 1) .......................................................... 36
Quadro 6 - Rotina para atualizar os esqueletos (parte 2) .......................................................... 37
Quadro 7 - Procedimento executado a cada novo frame captado pelo sensor Kinect .............. 37
Quadro 8 - Rotina para solicitar o inicio da calibragem ao gerenciador de exercícios ............ 38
Quadro 9 - Procedimento executado quando um comando de voz é reconhecido ................... 39
Quadro 10 - Rotina para ordenar a lista de objetos gráficos .................................................... 40
Quadro 11 - Procedimento para verificar a calibragem do esqueleto....................................... 41
Quadro 12 - Procedimento para iniciar o posicionamento das peças ....................................... 41
Quadro 13 - Procedimento que inicia a execução de um exercício .......................................... 42
Quadro 14 - Procedimento que carrega um exercício do banco de dados ................................ 43
Quadro 15 - Procedimento que retorna as peça a serem desenhadas ....................................... 43
Quadro 16 - Executando a calibragem do esqueleto ................................................................ 45
Quadro 17 - Definindo as configurações do exercício ............................................................. 47
Quadro 18 - Posicionando as peças no espaço 3D ................................................................... 49
Quadro 19 - Carregando e executando um exercício ............................................................... 51
Quadro 20 - Data dos testes ...................................................................................................... 54
Quadro 21 - Respostas dos pacientes ao questionário .............................................................. 55
Quadro 22 - Comparação com os trabalhos correlatos ............................................................. 56
Quadro 23 – Caso de uso calibrar esqueleto............................................................................. 62
Quadro 24 - Caso de uso cadastrar exercício ........................................................................... 63
Quadro 25 - Caso de uso carregar exercício ............................................................................. 64
Quadro 26 - Caso de uso executar exercício ............................................................................ 64
Quadro 27 -Termo de consentimento livre e esclarecido (parte 1) .......................................... 65
Quadro 28 - Termo de consentimento livre e esclarecido (parte 2) ......................................... 66
Quadro 29 - Mini exame do estado mental (parte 1) ................................................................ 67
Quadro 30 - Mini exame do estado mental (parte 2) ................................................................ 68
Quadro 31 - Mini exame do estado mental (parte 3) ................................................................ 69
Quadro 32 - Questionário (parte 1)........................................................................................... 70
Quadro 32 - Questionário (parte 2)........................................................................................... 71
LISTA DE SIGLAS
CIF – Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde
CMOS – Complimentary Metal-Oxide Semiconductor
E3 – Electronic Entertainment Expo
GUI – Graphic User Interfaces
ICF – International Classification of Functioning, Disability and Health
MEEM – Mini Exame do Estado Mental
NUI – Natural User Interfaces
OMS – Organização Mundial da Saúde
RGB – Red, Green and Blue
RV – Realidade Virtual
SGBD – Sistema Gerenciador do Banco de Dados
TCLE – Termo de Consentimento Livre e Esclarecido
UML – Unified Modeling Language
WPF – Windows Presentation Foundation
XAML – eXtensible Application Markup Language
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 13
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO ........................................................................................ 14
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO ...................................................................................... 14
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................... 15
2.1 O KINECT......................................................................................................................... 15
2.2 REABLITAÇÃO FISIOTERAPÊUTICA......................................................................... 17
2.2.1 Incapacidade motora ....................................................................................................... 18
2.2.2 Reabilitação neurológica ................................................................................................. 18
2.3 TRABALHOS CORRELATOS ........................................................................................ 20
2.3.1 O impacto da tecnologia Nintendo Wii no tratamento fisioterapêutico e na satisfação de
pacientes em uma clínica no Vale do Taquari ................................................................ 20
2.3.2 Desenvolvimento de um jogo eletrônico para reabilitação utilizando um sensor de som e
movimento (Kinect) ........................................................................................................ 21
2.3.3 Improving Motor Rehabilitation Process through a Natural Interaction Based System
Using Kinect Sensor ........................................................................................................ 24
3 DESENVOLVIMENTO DA FERRAMENTA ............................................................... 27
3.1 REQUISITOS DA FERRAMENTA A SER DESENVOLVIDA..................................... 27
3.2 ESPECIFICAÇÃO DA FERRAMENTA ......................................................................... 28
3.2.1 Diagrama de casos de uso ............................................................................................... 28
3.2.2 Diagrama de classes ........................................................................................................ 28
3.2.3 Diagrama de sequência ................................................................................................... 30
3.2.4 Base de dados .................................................................................................................. 32
3.3 IMPLEMENTAÇÃO DA FERRAMENTA...................................................................... 32
3.3.1 Ferramentas utilizadas ..................................................................................................... 33
3.3.2 Implementação da ferramenta ......................................................................................... 34
3.3.3 Operacionalidade da ferramenta ..................................................................................... 43
3.3.3.1 Calibrando o esqueleto ................................................................................................. 44
3.3.3.2 Criando um novo exercício ........................................................................................... 46
3.3.3.3 Executando um exercício .............................................................................................. 49
3.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ...................................................................................... 51
3.4.1 Avaliação da ferramenta ................................................................................................. 51
3.4.2 Versão inicial reprovada ................................................................................................. 52
3.4.3 Versão final ..................................................................................................................... 53
3.4.4 Amostragem e instrumentos de coleta de dados ............................................................. 53
3.4.5 Procedimentos para coleta de dados ............................................................................... 54
3.4.6 Análise qualitativa dos resultados ................................................................................... 54
3.4.7 Comparativo com os trabalhos correlatos ....................................................................... 56
4 CONCLUSÕES .................................................................................................................. 57
4.1 EXTENSÕES .................................................................................................................... 58
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 60
APÊNDICE A – Detalhamento dos casos de uso ................................................................. 62
APÊNDICE B – Termos de consentimento livre e esclarecido .......................................... 65
APÊNDICE C – Mini exame do estado mental ................................................................... 67
APÊNDICE D – Questionário ............................................................................................... 70
13
1 INTRODUÇÃO
O avanço tecnológico e o crescimento da indústria de computadores fez com que a
tecnologia de Realidade Virtual (RV), que existe há mais de duas décadas, deixasse de ser
viável apenas para as grandes empresas e instituições de pesquisa. Atualmente é fácil
encontrarmos software e hardware de baixo custo baseados nessa tecnologia. Hoje pode-se
afirmar que a tecnologia de RV oferece uma opção financeiramente acessível para a solução
de diversos problemas (VALERIO NETTO; MACHADO; OLIVEIRA, 2002, p. 4).
Segundo Cabreira e Müling (2012, p. 2), com o incremento dos componentes gráficos
nos anos 80 surgiram as primeiras Graphic User Interfaces (GUI), que são interfaces gráficas
que remontavam metáforas do cotidiano do usuário, criando uma interação mais amigável. A
partir daí, as interfaces gráficas se desenvolveram e tornaram-se a principal ponte de interação
entre o humano e o computador.
Cabreira e Mülling (2012, p. 2) ainda citam que os avanços tecnológicos, hoje,
possibilitam criar novas formas de interação. Essas formas modificam drasticamente a forma
de pensar das interfaces tradicionais e abrem espaço para discutir novos paradigmas, como o
de Natural User Interfaces (NUI). Estas podem ser definidas como interfaces que não
apresentam uma metáfora gráfica controlada mecanicamente, e sim, criam experiências nas
quais o usuário tem a sensação de estar interligado com o sistema em questão com o uso de
gestos ou linguagem sonora. Os autores dizem que NUI não é um conceito novo, mas que
com o lançamento de sistemas digitais, como o Kinect, abrem-se caminhos para interfaces
digitais cada vez de formas mais naturais.
Embora o Kinect tenha sido criado inicialmente para atuar em jogos no console Xbox
360 da Microsoft, percebeu-se a possibilidade de aplicar a tecnologia presente no sensor em
outras situações. A Microsoft então lançou recentemente a versão do Kinect para Windows,
incentivando o desenvolvimento de aplicações além de jogos tradicionais (CABREIRA;
MÜLLING, 2012, p. 2).
Rocha, Defavari e Brandão (2012, p. 17) afirmam que “apesar de ser um campo de
estudos recente, o uso do Kinect como ferramenta de auxílio no atendimento de pacientes, não
só neurológicos, mas de diferentes áreas, representa um imenso leque de possibilidades”.
Bruckheimer (2011) afirma que o uso do conceito de Reabilitação Virtual através de
tecnologias como o Kinect em tratamentos fisioterapêuticos introduz a possibilidade de
motivar os pacientes, pois permite que seja estabelecido um contexto para a realização das
atividades que extrapolam o tratamento. Bruckheimer diz que na fisioterapia tradicional o
14
paciente deve realizar uma sequência de atividades repetitivas e que, através de recursos
computacionais, é possível utilizar um jogo, por exemplo, onde o paciente conseguiria realizar
estes mesmos movimentos.
Como pôde ser visto, tratamentos fisioterápicos feitos no modo tradicional podem ser,
muitas vezes, desgastantes para os pacientes. Também percebe-se que pesquisas relacionadas
ao uso do Kinect na fisioterapia ainda são raras, pois se trata de uma tecnologia que foi
recentemente disponibilizada para seu uso além dos jogos de entretenimento. Diante disto,
desenvolveu uma ferramenta de auxílio a tratamentos fisioterapêuticos que utilize o Kinect
para servir de motivação aos pacientes na execução dos exercícios durante tais tratamentos.
Ao fim, espera-se ser possível fazer uma avaliação quanto ao uso do Kinect, observando sua
aplicabilidade neste tipo de tratamento.
1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO
Este trabalho tem, como primeiro objetivo, desenvolver uma ferramenta de auxílio a
tratamentos de reabilitação fisioterapêutica utilizando o sensor Kinect, de forma que contribua
como motivação aos pacientes na execução dos exercícios propostos pelos fisioterapeutas. A
ferramenta deverá permitir aos fisioterapeutas cadastrarem exercícios de acordo com a
necessidade de cada tratamento e paciente.
Como segundo objetivo, deseja-se avaliar se o uso da ferramenta juntamente com o
sensor Kinect é viável nos tratamentos de reabilitação fisioterapêutica. Deverão ser avaliadas
características como: satisfação do paciente, precisão da aplicação, facilidade no uso e o nível
de contribuição ao tratamento.
1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho está divido em quatro capítulos. O primeiro capítulo apresenta a
motivação e os objetivos a serem atingidos com este trabalho. No segundo capítulo está
descrita a fundamentação teórica utilizada para o desenvolvimento da ferramenta proposta,
seguida de três trabalhos correlatos. Já no terceiro capítulo estão expostas as informações
sobre o desenvolvimento da ferramenta desenvolvida e os dados obtidos nos testes com os
pacientes. Por fim, no quarto capítulo são apresentadas as conclusões do trabalho.
15
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Na seção 2.1 deste capítulo serão demonstradas informações sobre o sensor Kinect. Na
seção 2.2 será feita uma descrição de como são realizados os tratamentos de reabilitação
fisioterapêutica tradicionais. Por fim, na seção 2.3, serão listados três trabalhos correlatos
referentes ao uso de recursos computacionais em tratamentos de reabilitação.
2.1 O KINECT
O Kinect é um dispositivo capaz de capturar movimentos de objetos expostos a ele. Foi
desenvolvido pela Microsoft e teve sua divulgação oficial anunciada em 2009 na Electronic
Entertainment Expo (E3). Na época, o projeto, de codinome Projeto Natal, foi apresentado
como uma tecnologia para jogos onde o usuário controlaria os objetos do jogo sem o uso dos
tradicionais joysticks, mas sim, utilizaria movimentos corpóreos (LOWENSOHN, 2011).
O dispositivo é baseado num par de câmeras capazes de capturar imagens em 3D. O
uso desta tecnologia focando a visão e interação natural foi proposta inicialmente por uma
equipe de pesquisadores israelenses (possessores da patente do projeto), cujo início das
pesquisas aponta para o ano de 2005 (ZALEVSKY, 2007).
Figura 1 - O sensor Kinect
Fonte: Sá (2011, p. 18).
O Kinect é um dispositivo que possui uma avançada combinação de hardware e
software. A seguir é feita uma breve descrição sobre a funcionalidade da camada de hardware
do mesmo, que pode ser observada na Figura 1. Segundo Sá (2011, p. 19), os principais
componentes de hardware encontrados no Kinect são:
a) câmera Red, Green e Blue (RGB): utilizada para reconhecimento facial e de outras
características possíveis, através do reconhecimento das cores vermelho, verde e
16
azul. A câmera trabalha numa resolução de 640 x 480 pixels e a uma taxa de 30
Frames Por Segundo (FPS);
b) sensores de profundidade: é a combinação do uso de um projetor de luz
infravermelha e de um sensor Complimentary Metal-Oxide Semiconductor
(CMOS), conseguindo assim, identificar a profundidade dos objetos do ambiente
independente dos níveis de iluminação;
c) conjunto de 4 microfones: a combinação do som captado pelos 4 microfones
permite isolar as vozes do usuário de outros ruídos do ambiente, permitindo o uso
dos comandos por voz de uma maior distância.
Apesar da excelente combinação de hardware existente no Kinect, o que mais se
destaca é a camada de software. Em entrevista à revista Scientific American o diretor
responsável pela incubação do projeto na Microsoft, Alex Kipman, afirmou que “cada simples
movimento do corpo é uma entrada, assim você precisaria programar infinitas reações para
tais ações, logo, não seria possível criar um programa que tenha todas essas ‘ações e reações’
previamente cadastradas” (KUCHINSKAS, 2010).
Seguindo este raciocínio, os desenvolvedores da Microsoft perceberam que seria
necessário que o programa aprendesse como reagir classificando os gestos das pessoas no
mundo real. Para tanto, foi feita a leitura de uma quantidade massiva de dados capturando
movimentos em cenários da vida real. Com isso tornou-se possível mapear os dados de
pessoas de diferentes idades, tipo de corpos, vestuário, etc., resumidamente, tornou-se
possível saber a pose atual em que ela se encontra (KUCHINSKAS, 2010).
Com o Kinect podendo identificar o “esqueleto” de um corpo, viabilizou-se fazer com
que o sistema aprenda a destacar as juntas e definir as distâncias entre elas. Sá (2011, p. 19)
destaca que “O esqueleto fornecido pelo sensor do Kinect contém um conjunto de até vinte
diferentes articulações identificadas pelo sensor, cada uma dessas articulações representa uma
articulação correspondente no corpo humano”, como pode ser observado na Figura 2. Assim,
sabendo quais juntas do corpo são adjacentes entre elas, é possível dizer qual a posição atual
do membro correspondente, mesmo que este último esteja encoberto por outro membro ou
pelo esqueleto de outros usuários.
17
Figura 2 - Juntas reconhecidas pelo Kinect
Fonte: Sá (2011, p. 18).
Um ponto importante a ser observado é o fato de que o sensor Kinect devolve não
somente o esqueleto das pessoas, isso é fornecido de modo padrão pela biblioteca Kinect SDK
pelo fato de que o seu foco inicial é o reconhecimento de pessoas visando à interação através
de gestos e movimentos. O Kinect tem poder para fornecer toda uma malha de pontos do
ambiente à sua frente, assim é possível fazer ferramentas para reconhecer qualquer objeto
nesse ambiente (YAMADA et al., 2012).
Para quem deseja desenvolver aplicações com o uso do Kinect, a Microsoft,
disponibiliza para download, desde 2011, a biblioteca Kinect SDK. A partir dela
desenvolvedores do mundo todo podem usar os recursos oferecidos pelo Kinect no
desenvolvimento de aplicações específicas para uma ou mais áreas do conhecimento
(CABREIRA; MÜLLING, 2012, p. 2).
2.2 REABLITAÇÃO FISIOTERAPÊUTICA
Nesta seção, serão levantados alguns pontos importantes em relação a tratamentos de
reabilitação fisioterapêutica. Inicialmente será exposta uma breve explicação do termo
18
incapacidade motora, e como é feita sua avaliação. A seguir será descrito como são realizados
tratamentos de reabilitação usando mecanismos da neuroplasticidade.
2.2.1 Incapacidade motora
Em maio de 2001, a Organização Mundial da Saúde (OMS), aprovou International
Classification of Functioning, Disability and Health (ICF). Que foi traduzido para o idioma
português pelo Centro Colaborador da Organização Mundial da Saúde para a Família de
Classificações Internacionais em Língua Portuguesa com o título de Classificação
Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde (CIF) (FARIAS; BUCHALLA, 2005,
p. 189).
Segundo Farias e Buchalla (2005, p. 189), “a CIF descreve a funcionalidade e a
incapacidade relacionadas às condições de saúde, identificando o que uma pessoa ‘pode ou
não fazer na sua vida diária’”. Ainda segundo o autor, a CIF considera as funções dos órgãos
ou sistemas e estruturas do corpo, assim como as limitações de atividades e da participação
social no meio ambiente onde a pessoa vive.
Segundo o modelo proposto na CIF, o termo incapacidade resulta da interação entre a
disfunção apresentada pelo indivíduo, limitação de suas atividades e a restrição na
participação social, com os fatores ambientais que podem vir a atuar como facilitadores ou
barreiras para o desempenho dessas atividades e participação nas mesmas (FARIAS;
BUCHALLA, 2005, p. 189).
2.2.2 Reabilitação neurológica
Segundo Ribeiro (2005, p. 2), “as interações entre os estímulos ambientais e as
respostas de um organismo determinam as propriedades comportamentais que lhe garantem
adaptação a diferentes situações e individualidade comportamental”. O autor também
descreve que o sistema nervoso central, possui uma rede neural com células que determinam a
sensibilidades e as ações motoras, traduzindo-as em comportamento. Quando existem lesões,
surge um desarranjo nesta rede e o processo nervoso reinicia seus processos de reorganização
e regeneração.
Para Rocha, Defavari e Brandão (2012, p. 17), compreendendo que as patologias
neurológicas podem provocar deficiência, incapacidades e desvantagens, tem-se que a
reabilitação deve buscar impedir, reverter/corrigir, minimizar ou, pelo menos, proporcionar
um mínimo de qualidade de vida durante o período de acometimento destes problemas. Os
19
autores definem que “reabilitar significa adquirir novamente uma habilidade tenha ela sido
perdida ou reduzida”.
Fernandes e Santos (2012, p.1) definem que a reaprendizagem motora é definida como
sendo uma mudança relativamente permanente no comportamento como resultado da prática.
A aprendizagem motora é assumida em todos os níveis do sistema nervoso central, sendo que
a necessidade ou desejo de interagir com o ambiente de forma adequada é um fator importante
nas alterações que ocorrem a esse nível. As autoras destacam também que os movimentos
repetitivos, o feedback e a motivação do paciente também são princípios básicos na
reaprendizagem motora.
Quanto aos movimentos repetitivos, segunda as autoras Fernandes e Santos (2012, p.
5), estes têm grandes benefícios para o resultado funcional, pois elas descrevem que certos
efeitos de estimulação cerebral só ocorrem se a área em questão for estimulada
repetitivamente. Porém, as autoras alertam que, estas repetições devem ser reguladas a fim de
assegurar que fatores como o cansaço ou dor sejam minimizados.
Fernandes e Santos (2012, p. 6) afirmam que até meados da década de 90 pensou-se
que não havia possibilidade de reparação ou alteração do sistema nervoso central após uma
lesão no mesmo, porém terapeutas descobriram que muitos pacientes melhoraram e
aprenderam a mover-se novamente. Isso marcou a descoberta do uso da neuroplasticidade
para reaprendizagem motora.
Ribeiro (2005, p. 2) descreve que “o principal propósito da neuroplasticidade é a
capacidade que o sistema nervoso central possui em modificar algumas das suas propriedades
morfológicas e funcionais em relação às alterações ambientais”. O autor complementa que a
neuroplasticidade permite o desenvolvimento de alterações estruturais em resposta à
experiência e como adaptação a condições mutantes e estímulos repetitivos.
Segundo Fernandes e Santos (2012, p. 8), a ativação cortical é alterada na
aprendizagem de uma sequência repetida, introduzindo um padrão mais normal. Assim, uma
tarefa de aprendizagem motora pode tornar-se um estímulo para a mudança da
neuroplasticidade e pode corrigir padrões de atividades cerebrais e sustentar a função.
Enfim, Umphred (2004) descreve que a prática repetitiva é utilizada em uma tentativa
de reestabelecer a capacidade do paciente em desempenhar atividades da vida diária, ou seja,
de reaprender a fazer e corrigir incapacidades e limitações funcionais.
20
2.3 TRABALHOS CORRELATOS
Nesta seção serão apresentados três trabalhos correlatos. O primeiro trabalho é um
estudo realizado para verificar os impactos no tratamento fisioterapêutico e na satisfação dos
pacientes com a utilização do console Nintendo Wii (BRESCIANI; CONTO, 2012). O
segundo trata-se de um trabalho de conclusão de curso onde foi criado um jogo eletrônico
para reabilitação fisioterapêutica utilizando o dispositivo Kinect (FERRAZ; YAMASHITA,
2012). Já o terceiro trabalho descreve uma ferramenta que permita interação corporal
objetivando melhorar a execução de exercícios pelos pacientes em tratamentos de reabilitação
(FREITAS et al., 2012).
2.3.1 O impacto da tecnologia Nintendo Wii no tratamento fisioterapêutico e na satisfação
de pacientes em uma clínica no Vale do Taquari
O trabalho realizado por Bresciani e Conto (2012, p. 81) consiste em uma pesquisa
qualitativa e exploratória feita em uma clínica na cidade de Lajeado, no Estado do Rio Grande
do Sul, onde foi analisada a satisfação dos pacientes que fizeram uso do videogame Nintendo
Wii durante os tratamentos fisioterapêuticos.
Segundo Bresciani e Conto (2012, p. 82), “o objetivo principal foi verificar os
impactos no tratamento fisioterapêutico e na satisfação dos pacientes com a utilização do
software Nintendo Wii para treinamento do controle motor e aumento de estímulo.” Para
realização da pesquisa foi utilizada uma amostragem não probabilística, de seis pacientes,
tendo três deles de 19 a 25 anos, um que possui de 26 a 30 anos, um na faixa de 31 a 40 anos
e outro com mais de 50 anos. Eles foram submetidos a um questionário estruturado,
entrevistas individuais e observação local.
Para elaboração do questionário foi usada a escalado tipo Likert, onde os itens são
avaliados um com intensidade maior que o outro, podendo o paciente alternar entre cinco
opções. Segundo os autores, “essa escala é ideal para o questionário qualitativo de avaliação
da satisfação, pois como há um número reduzido de respondentes, é possível comparar o nível
de satisfação entre eles com maior relevância” (BRESCIANI; CONTO, 2012, p. 82).
Os pacientes foram submetidos a sessões semanais de fisioterapia que duravam entre
45 e 60 minutos, nas quais ficavam em contato com o Nintendo Wii por cerca de 70% do
tempo. Antes disso, apenas dois dos pacientes haviam tido contato ou tinham ouvido falar do
Wii, porém, todos já haviam feito tratamentos fisioterapêuticos da maneira tradicional, isto,
21
ao ponto de vista os autores, facilitou a comparação entre o método de reabilitação tradicional
e o método que utiliza o Wii (BRESCIANI; CONTO, 2012, p. 81).
Logo após os pacientes terem o primeiro contato com o Wii, os mesmos foram
questionados sobre a diferença sentida entre os dois métodos citados anteriormente, as
respostas podem ser vistas no Quadro 1.
Quadro 1- Diferença(s) entre o método tradicional de fisioterapia e o método com o uso do Wii “Mais disposição para fazer os exercícios e parece que há uma recuperação mais rápida” “Benefícios: correção da postura e do equilíbrio, melhora dos movimentos, recuperação mais rápida, além da motivação” “Mais divertido, não se vê o tempo passar” “É melhor, reabilitação melhor” “Tenho uma resposta melhor do que estou fazendo, como consequência, melhorando meu desempenho” “Com o uso do videogame há maior interação e acompanhamento da recuperação”
Fonte: Bresciani e Conto (2012, p. 88).
Neste primeiro questionário os autores afirmam que os pacientes sentiram-se
motivados com a técnica, sendo que todos classificaram como ótima a experiência obtida.
Com base em outros questionamentos feitos, foi possível identificar que um dos pontos mais
motivadores é o fato de poder acompanhar o exercício em tempo real na TV, como foi
destacado por um deles quando disse que “ajuda em um melhor feedback visual, facilitando”.
Outros benefícios também foram relatados, dentre eles a falta de percepção da dor e do tempo
gasto, também somaram como resultados positivos (BRESCIANI; CONTO, 2012, p. 90).
Apesar dos resultados positivos, os autores alertam que o videogame só se torna uma
ferramenta no tratamento fisioterapêutico quando realizado sob a supervisão de um
profissional fisioterapeuta. Seu uso sem este último torna o videogame somente uma
ferramenta de lazer (BRESCIANI; CONTO, 2012, p. 92).
Tendo a pesquisa finalizada, Bresciani e Conto (2012, p. 14) chegaram à conclusão de
que “[...] fica evidente a satisfação do paciente ao executar as atividades. [...] ele está
realizando o mesmo tipo de exercício que é aplicado no método tradicional de fisioterapia,
mas de forma distraída, não percebendo o cansaço e concluindo toda a atividade”.
2.3.2 Desenvolvimento de um jogo eletrônico para reabilitação utilizando um sensor de
som e movimento (Kinect)
O objetivo do trabalho é projetar e implementar um jogo utilizando o sensor de som e
movimento Kinect para ser utilizado em reabilitação (FERRAZ; YAMASHITA, 2012). A
motivação que levou aos autores a realizar o trabalho foi o fato de muitas pessoas que passam
22
por algum tipo reabilitação precisarem fazer diversas sessões de fisioterapia e isto pode se
tornar um fator de desmotivação ao paciente. E a criação de um software para o Kinect pode,
além de aumentar a motivação do paciente e a eficácia da reabilitação, facilitar o trabalho
tanto do paciente como do fisioterapeuta.
Visando tornar o uso da ferramenta mais confortável, motivadora e eficiente, foi
proposto um jogo simples e de fácil compreensão: o Pong. A ideia foi fazer com que o
paciente use até duas juntas do corpo, reconhecidas pelo Kinect, para controlar ambas as
raquetes. O objetivo do jogo é não permitir que a bola chegue às laterais da tela. O jogo
permite que parâmetros como intervalo de tempo e velocidade da bola sejam ajustados
(FERRAZ; YAMASHITA, 2012).
Para implementar o projeto, Ferraz e Yamashida (2012), utilizaram o programa Visual
Studio 2010 juntamente com o Kinect for Windows SDK 1.5.
O jogo também permite que o usuário jogue apenas com uma das mãos, ou seja, no
jogo ele controlará apenas uma raquete. Existe um sistema de pontuação que é mostrado na
tela, a pontuação é determinada pelos acertos no centro da raquete vezes 30, mais os acertos
na outra parte da raquete vezes 10, menos as bolas perdidas vezes 5. Na tela também é
mostrado o tempo restante, quando este acabar o jogo para. Na Figura 3 pode-se observar o
jogo em execução.
23
Figura 3 - Tela do jogo Pong com duas raquetes habilitadas
Fonte: Ferraz e Yamashida (2012).
O jogo Pong desenvolvido por Ferraz e Yamashida (2012) permite salvar os resultados
de uma partida em arquivos texto ao final de um jogo. Outra opção disponível é habilitar o
controle da ferramenta por comandos de voz para controlar um jogo em execução, por
exemplo, os comandos de voz “Stop” e “New”, que servem para parar e começar um novo
jogo, respectivamente.
Ao final do projeto, Ferraz e Yamashida (2012) concluem que foi possível desenvolver
um software para reabilitação utilizando o Kinect. A ferramenta desenvolvida pode ser
instalada facilmente podendo ser usada na própria casa do paciente já que ele não necessitará
nada mais que um PC com o sistema operacional Windows 7 ou superior, do programa Kinect
for Windows SDK v1.5 e do próprio sensor Kinect. Os comandos de voz também ajudaram
permitindo controlar a ferramenta sem precisar sair da posição.
Além disso, o software conseguiu, de maneira eficaz, captar o movimento de até duas juntas e
associá-las ao movimento das raquetes. Por fim, a ferramenta demonstrou níveis de
dificuldade adequados a uma sessão de reabilitação, com os parâmetros ajustáveis permitindo
que o software se adapte a cada paciente.
24
Quanto a possíveis melhorias, Ferraz e Yamashida (2012) propõe criar um jogo para
dois jogadores, incluir novas juntas nas opções, gravar a execução de um jogo e futuramente,
caso o Kinect ganhe um pacote de idiomas em português, seja feita a tradução dos comandos
de voz.
2.3.3 Improving Motor Rehabilitation Process through a Natural Interaction Based System
Using Kinect Sensor
Este trabalho foi desenvolvido por uma equipe de pesquisadores da Universidade
Federal de Pernambuco (FREITAS et al., 2012). O estudo feito propõe o desenvolvimento de
uma interface que permita interação corporal objetivando melhorar a execução de exercícios
pelos pacientes em tratamentos de reabilitação, seja ela ortopédica ou cognitiva.
O protótipo proposto supervisiona a execução dos exercícios, provendo orientações e
estímulos. Ele foca na orientação e correção dos movimentos em execução durante a terapia
de reabilitação motora. Isso permitiria que uma pessoa fizesse o tratamento sozinho, onde não
teria o contato direto com o fisioterapeuta (FREITAS et al., 2012).
Através do esqueleto provido pelo Kinect é possível executar uma análise efetuando o
reconhecimento e a correção dos movimentos. Para que o sistema consiga avaliar os
exercícios que o paciente fará, é preciso reconhecer primeiramente um movimento e se o
mesmo está sendo feito de maneira correta. Como se trata de um protótipo, o foco inicial é
usar o sistema na avaliação de movimentos efetuados a partir do ombro, onde o paciente
movimenta o braço afastando-o do resto do corpo, criando um ângulo entre o tronco e o braço
no plano frontal (FREITAS et al., 2012).
Para calcular o ângulo atual do movimento do braço são utilizados os dois pares de
pontos cotovelo-ombro e quadril-ombro. Assim, aplicando o cálculo do cosseno obtêm-se o
ângulo. Da mesma maneira faz-se o cálculo para encontrar o ângulo existente entre o braço e
o antebraço do paciente. Para esse, são utilizados os dois pares de pontos cotovelo-ombro e
cotovelo-mão (FREITAS et al., 2012).
Também foi preciso garantir que o movimento está sendo executado dentro do plano
estabelecido. Para isso também é verificado o ângulo entre os pontos do braço e do tórax do
paciente, assim garante-se a correta análise do exercício independente da orientação do corpo
do usuário em relação ao Kinect (FREITAS et al., 2012).
Captado todos os ângulos é possível realizar a avaliação dos movimentos. Estes, se
realizados de maneira correta, somam pontos positivos para o paciente. Segundo Freitas et al.
25
(2012, p. 1), neste trabalho, um movimento é considerado como executado corretamente
quando:
a) o ângulo formado na abdução do ombro é maior ou igual a 90º;
b) o ângulo do cotovelo é maior ou igual a 160º;
c) o ângulo formado entre o braço e o tronco no plano frontal está entre 80º e 100º;
d) a altura dos ombros direito e esquerdo são semelhantes, para fornecer uma
equivalência no peso aplicado por ambos sob o tronco;
e) o ângulo de abdução atual do braço é maior que antes;
f) volta-se o braço para a posição de repouso.
Para reduzir as chances de o usuário fazer um movimento errado foi implementado
uma interface que oferece um feedback imediato. Esta interface exibe: a pontuação atual do
paciente, uma mensagem de felicitações a cada cinco movimentos corretos, uma mensagem
indicando que o paciente deve voltar à posição de relaxamento, uma marcação na parte do
corpo que está fora do plano correto e um alvo indicando à que posição o braço deve chegar.
Além disso, é exibida uma barra de estado que vai sendo carregada à medida que o
movimento é completado. Na Figura 4 é demonstrado como a interface exibe um exercício
efetuado de maneira correta (FREITAS et al., 2012).
Figura 4 - Movimento executado corretamente
Fonte: Freitas et al. (2012).
Para avaliar a aplicabilidade do protótipo foram feitos testes com três tipos diferentes
de pessoas: três profissionais de fisioterapia, a fim de criar um parecer técnico sobre a
ferramenta. Quatro pacientes adultos, para validar a utilidade e o nível de interação e três
pacientes idosos, devido ao fato destes comporem grande parte da população que necessita de
tratamentos de reabilitação motora (FREITAS et al., 2012).
Na avaliação feita pelas 10 pessoas submetidas aos testes, os principais pontos
avaliados negativamente foram o tamanho reduzido da interface, a clareza das informações e
26
a falta de estímulo. De modo positivo foi citada a motivação e a satisfação dos usuários, além
da facilidade no uso (FREITAS et al., 2012).
Com os testes efetuados, verificou-se que o Kinect possui boa sensibilidade referente
aos movimentos feitos. Quanto ao protótipo proposto, foram submetidas a ele 50 repetições
do exercício feitas de maneira correta e 60 praticadas incorretamente. Em todos os
movimentos corretos a pontuação foi marcada, obtendo 100% de êxito em todos os casos,
inclusive em testes com o paciente sentado e em diferentes ângulos em relação ao sensor.
Com o nível de acerto apresentado, os autores concluíram que o uso do Kinect em tratamentos
deste tipo é aplicável (FREITAS et al., 2012).
27
3 DESENVOLVIMENTO DA FERRAMENTA
Neste capítulo, na seção 3.1, serão expostos os requisitos da ferramenta a ser
desenvolvida. Já na seção 3.2, estarão descritos os dados referentes a etapa de especificação
da ferramenta. Na seção 3.3 serão demonstrados os dados sobre a implementação da
ferramenta. E por fim, a seção 3.4, trará os resultados obtidos seguidos de uma discussão
referente aos mesmos.
3.1 REQUISITOS DA FERRAMENTA A SER DESENVOLVIDA
Os requisitos da ferramenta foram levantados juntamente com acadêmicos da área de
fisioterapia. A ferramenta para auxílio a tratamentos fisioterápicos com o Kinect deverá:
a) captar os movimentos dos usuários (Requisito funcional - RF);
b) exibir os esqueletos na tela (RF);
c) calibrar o esqueleto exibido de acordo com a estatura do usuário (RF);
d) permitir cadastrar um exercício (RF);
e) permitir cadastrar níveis de dificuldade para um exercício (RF);
f) permitir salvar os exercícios cadastrados (RF);
g) permitir executar um exercício cadastrado (RF);
h) permitir mudar o nível de dificuldade de um exercício durante sua execução (RF);
i) permitir o controle da ferramenta por comandos de voz (RF);
j) ser desenvolvido com base na biblioteca Kinect SDK 1.6 (Requisito não-funcional
- RNF);
k) ser desenvolvido para utilização no sistema operacional Windows 7 ou superior
(RNF);
l) ser desenvolvido sob a plataforma. NET Framework 4.5 (RNF);
m) ser desenvolvido utilizando a linguagem de programação C# (RNF);
n) utilizar a tecnologia Windows Presentation Foundation (WPF) para construção das
interfaces com o usuário (RNF);
o) utilizar o banco de dados SQL Server 2012 (RNF);
p) permitir que um exercício contenha no máximo dez peças (Regra de Negócio -
RN);
q) permitir que um exercício contenha no máximo cinco estágios (RN);
r) captar os movimentos de no máximo três usuários (RN).
28
3.2 ESPECIFICAÇÃO DA FERRAMENTA
A especificação do trabalho foi feita usando a Unified Modeling Language (UML),
para especificação dos diagramas de casos de uso, de sequência e de classes, todos foram
desenvolvidos usando o ambiente de desenvolvimento Visual Studio 2012.
3.2.1 Diagrama de casos de uso
Nessa seção será apresentado o diagrama de casos de uso (Figura 5), onde são
demonstradas as funções exercidas pelos usuários da ferramenta.
A Figura 5 demonstra o diagrama de casos de uso da ferramenta. No caso apresentado
o paciente irá carregar e executar os exercícios que serão cadastrados pelo fisioterapeuta. Este
último, por sua vez, poderá realizar o cadastramento dos exercícios além de poder executar as
funções de um paciente. Por fim, o paciente e, consequentemente, o fisioterapeuta terão
acesso ao caso de uso calibrar esqueleto.
Figura 5 - Diagrama de casos de uso da ferramenta
Os cenários principais, alternativos e exceções de cada caso de uso demonstrado na
Figura 5 podem ser vistos no APÊNDICE A.
3.2.2 Diagrama de classes
Na Figura 6, encontra-se o diagrama de classes da ferramenta de auxílio a tratamentos
fisioterapêuticos, onde pode-se observar os relacionamentos e a estrutura de cada classe. O
diagrama foi construído utilizando a ferramenta Visual Studio 2012. Na sequência será feita
uma breve descrição da utilidade de cada classe.
29
Figura 6 - Diagrama de Classes
O sistema possui duas classes de interface gráfica com o usuário, a primeira é a
MainWindow, onde será exibido o estado do sistema e as opções disponíveis, também por onde
será feita a entrada dos comandos que irão controlar a ferramenta. A segunda classe de
interface gráfica com o usuário é a EsqueletoWindow, que foi criada exclusivamente para
desenhar os objetos gráficos da ferramenta, como os esqueletos e peças dos exercícios. Para
que um objeto de alguma classe existente na ferramenta seja desenhado pela classe
EsqueletoWindow, a classe desse objeto deverá implementar a interface IObjetoGrafico.
30
A classe que controla os exercícios e a calibragem dos esqueletos é a classe
GerenciadorDeExercicios. Os métodos dessa classe serão chamados pela classe
MainWindow de acordo com os comandos passados à ferramenta pelo usuário.
A classe GerenciadorDoSensor realizará a conexão ao sensor e irá ler as informações
dos esqueletos rastreados pelo mesmo. Esta mesma classe manterá atualizada, com
informações captadas pelo sensor, uma instancia da classe Esqueleto representando o
esqueleto principal. Além disso, haverá uma lista de objetos, também da classe Esqueleto,
representado os esqueletos secundários rastreados pelo sensor, quando existirem. A classe
GerenciadorDoSensor será criada usando o padrão singleton, assim, sempre que um ou mais
objetos dentro da ferramenta precisem saber a posição de determinada junta do esqueleto, eles
obterão a informação de uma mesma fonte.
Já a classe Esqueleto foi criada para representar o corpo dos usuários dentro da
aplicação, a classe contém objetos das classes Osso e Junta. Todas as três classes
implementam a interface IObjetoGrafico, para que o esqueleto possa ser exibido para o
usuário.
Os exercícios são representados pelas classes Exercício, Estagio e Peca. Uma
instância da classe Exercicio conterá uma lista de objetos da classe Estagio, esta última
representa um nível de dificuldade dentro de um exercício. Cada instancia da classe Estagio
contém uma lista de objetos da classe Peca. Sendo que cada instancia de Peca armazenará sua
posição no espaço 3D.
Para persistir e resgatar os objetos do banco de dados foi definida a classe
GerenciadorDeEntidades, que usará entidades criadas a partir da tecnologia Entity
Framework para transformar objetos das classes Exercicio, Estagio e Peca em objetos do
banco de dados que poderão ser persistidos, podendo também depois serem resgatados pela
classe GerenciadorDeEntidades em um processo inverso.
Para auxiliar na calibragem foi definida a classe BarraCalibragem, que implementará
a interface IObjetoGrafico e será controlada por uma instancia da classe
GerenciadorDeExercicios.
3.2.3 Diagrama de sequência
A seguir, na Figura 7, é exibido o diagrama de sequência da ferramenta, nele é
demonstrando como ocorrerá a interação entre o usuário e a ferramenta.
31
Figura 7 - Diagrama de sequência da ferramenta
No diagrama de sequência exibido na Figura 7, pode-se observar como ocorre a troca
de mensagem entre o usuário e a ferramenta. Inicialmente, o usuário irá abrir a ferramenta, a
mesma vai carregar todas as janelas interfaces gráficas e os demais componentes. Numa outra
troca de mensagem o usuário solicita que seja iniciada a calibragem do seu esqueleto. A
ferramenta então desenha os objetos que auxiliam na calibragem e aguarda que o usuário
posicione-se na distância correta para gravar a posição base.
Depois de calibrado o usuário pode solicitar o cadastramento de um novo exercício,
feito isto, o usuário deve fornecer os dados do exercício, como número de peças e estágios e a
posição de cada peça. Ao fim da configuração o usuário deve solicitar que o exercício seja
salvo. A ferramenta, por sua vez, salva o exercício no banco de dados.
32
Por fim, o usuário poderá solicitar que um exercício seja carregado, ao fazer isto, a
ferramenta vai resgatar o exercício no banco de dados e exibi-lo na tela. E, no momento que
achar necessário, o usuário poderá solicitar que o exercício seja fechado pela ferramenta.
3.2.4 Base de dados
A base de dados foi criada com base no diagrama apresentado na Figura 8. Nela
podem ser vistos as tabelas, os tipos de dados das colunas e as chaves primárias e
estrangeiras.
Figura 8 - Diagrama da base de dados
A partir da Figura 8 pode-se observar que existem duas tabelas, sendo que a tabela
T_EXERCICIO possui três colunas: o ID para armazenar o código único para os exercícios, a
coluna NOME que armazenará o nome dos exercícios e a coluna COD_EXERCICIO que conterá
um código também único para os exercícios.
Já a tabela T_EXERCICIO_PECA contém 6 colunas: a coluna ID que possui um valor
único para cada peça, a coluna ID_ESTAGIO que armazena o identificador único do exercício
ao qual a peça pertence, a coluna ESTAGIO que indica em qual estágio a peça deve aparecer, e
por fim, as colunas POS_X, POS_Y e POS_Z que armazenam as posições no espaço 3D de cada
peça.
3.3 IMPLEMENTAÇÃO DA FERRAMENTA
Nesta seção serão apresentadas as técnicas e ferramentas utilizadas no
desenvolvimento da ferramenta de auxílio a tratamentos fisioterapêuticos. Inicialmente irão
ser apresentados detalhes do ambiente de desenvolvimento utilizado e ao final, informações
sobre a ferramenta desenvolvida.
33
3.3.1 Ferramentas utilizadas
A linguagem de programação escolhida para desenvolvimento foi a C# da plataforma
Microsoft .NET. A escolha deve-se ao fato de a linguagem ser de fácil entendimento, e por ela
possuir uma grande comunidade de desenvolvedores, tornando-a uma das mais conceituadas
no mercado com uma ampla documentação disponível na web.
O Sistema Gerenciador do Banco de Dados (SGBD), escolhido foi o SQL Server 2012
Express, o principal motivo que levou à escolha é o fato de também ser uma tecnologia da
plataforma .NET, oferecendo facilidade na integração do banco de dados, quando
comparadas com as demais tecnologias empregadas no desenvolvimento, principalmente na
utilização do conjunto de tecnologias Entity Framework. Além disso, o SQL Server 2012,
também é um banco de dados bem conceituado no mercado, mostrando robustez e bom
desempenho, entre os demais bancos de dados relacionais disponíveis. A versão utilizada foi a
Express, que é gratuita e supre tranquilamente às necessidades da ferramenta a ser
desenvolvida.
As interfaces da ferramenta foram criadas usando a tecnologia Windows Presentation
Foundation (WPF), que é uma tecnologia que facilita a criação de GUI ricas, pois utiliza a
eXtensible Application Markup Language (XAML) e oferece uma separação clara entre a
interface com o usuário e a lógica de negócios. Além de oferecer suporte aos desenhos 2D
necessários na ferramenta.
A implementação da ferramenta foi feita utilizando o ambiente de desenvolvimento
Visual Studio 2012. Ferramenta desenvolvida pela Microsoft foi escolhida devida à facilidade
no uso e por ser propriamente criada para o desenvolvimento de aplicações para a plataforma
.NET. O Visual Studio oferece recursos que auxiliam desde a criação das GUI com WPF, até
o uso da tecnologia Entity Framework no controle de objetos do banco de dados.
Para realizar a entrada dos comandos para controle da ferramenta, foi utilizada a
tecnologia de reconhecimento de fala da Microsoft, a Microsoft Speech Technologies. O uso
desta tecnologia visa melhorar a interação do usuário com a ferramenta, permitindo o seu
controle à distância sem o uso dos dispositivos de entrada tradicionais mouse e teclado. Foi
optado pelo idioma inglês, pois é o idioma com o maior aprimoramento dentre os demais
disponíveis, e também porque até o momento não existe suporte para reconhecimento de fala
em português brasileiro.
34
3.3.2 Implementação da ferramenta
Para realizar a implementação da ferramenta foram criadas as classes especificadas no
diagrama de classes da Figura 6, nesta seção serão demonstrados os trechos de código mais
relevantes, seguidos de uma breve descrição do seu respectivo funcionamento.
Para controlar a ferramenta podem ser usados comandos por voz, que são reconhecidos
utilizando a biblioteca Microsoft.Speech. Os comandos são compostos por palavras
específicas que devem ser ditas no idioma inglês. Esta lista de palavras possíveis forma uma
gramática, que é especificada no recurso SpeechGrammar existente dentro da ferramenta. Um
trecho da especificação da gramática pode ser visto no Quadro 2, onde são inseridas na
gramática as palavras hip, cancel e new.
Quadro 2 - Gramática para reconhecimento dos comandos de voz
A ferramenta possui três classes principais, as classes MainWindow,
GerenciadorDeExercícios e GerenciadorDoSensor. A classe MainWindow juntamente com
a classe EsqueletoWindow, estendem da classe Window e são as classes que compõem a
camada de interface com o usuário.
A interface IObjetoGrafico2D, foi criada para ser implementada por todos os
objetos da ferramenta que deverão ser desenhados na tela. Ela possui o método desenha2D
que serve para pedir aos objetos implementadores desta interface para desenharem às si
mesmos. A interface possui ainda as propriedades PosicaoObjeto e Visivel, indicando a
posição do objeto no espaço 3D e se está visível ou não, respectivamente.
Inicialmente foram criadas as classes Esqueleto, Junta e Osso. As classes Osso e
Junta implementam a interface IObjetoGrafico2D, pois serão objetos que deverão ser
35
desenhados na tela, ambas possuem propriedades para configurar a cor e a espessura delas ao
serem desenhadas. Na classe Junta, tem-se o campo PosicaoObjeto, que define a posição
da junta no espaço 3D, um osso é a ligação entre duas juntas, ou seja, sua posição varia de
acordo com a posição das suas respectivas juntas.
No Quadro 3 é exibida parte da codificação da classe Junta. Nela pode ser visto um
exemplo da implementação da interface IObjetoGrafico2D. Como dito anteriormente, o
método desenha2D da linha 34 serve para pedir para que o objeto desenhe a si próprio na
posição indicada pela propriedade PosicaoObjeto. no caso da junta, é feito de acordo com o
estado dela, sendo que ela pode estar rastreada, inferida ou não rastreada. A verificação do
estado da junta inicia na linha 40. No caso do objeto peça, na tela de desenho, ela é
representada por uma circunferência de raio e cor definidos conforme a verificação do estado
da mesma. O desenho é feito na linha 62 utilizando o método DrawElipse da classe
System.Windows.Media.DrawingContext.
Quadro 3 - Implementação da interface IObjetoGrafico2D na classe Junta
A classe GerenciadorDoSensor, é responsável por prover a conexão com o sensor. O
método conectaSensor da linha 43 (Quadro 4) percorre uma lista estática de possíveis
sensores retornados pela classe Microsoft.Kinect.KinectSensor verificando se algum
deles está conectado. Encontrando o primeiro, atribui este à variável sensor, o que o tornará
o sensor usado por toda a ferramenta.
36
Quadro 4 - Rotina que conecta ao sensor Kinect
Ainda na classe GerenciadorDeSensor, existe o método iniciaSensor. Este, atribui
à variável speechEngine as funções para reconhecimento da fala do usuário no idioma inglês.
Na mesma classe o método atualizaEsqueleto da linha 155 (Quadro 5) foi criado para
manter atualizado os esqueletos na ferramenta. Nas linha 162 é criada uma nova instancia de
OpenSkeletonFrame e após isso na linha 169 são copiados para uma lista todos os esqueletos
que o sensor está decifrando no momento.
Quadro 5 - Rotina para atualizar os esqueletos (parte 1)
Quando chamado, o método atualizaEsqueleto percorre a lista de esqueletos
encontrada, o primeiro esqueleto será considerado como sendo o principal e será atualizado na
linha 198 (Quadro 6) através do método atualizaEsqueleto da classe Esqueleto. Caso a
37
lista possua mais de um esqueleto rastreado, é instanciado um novo objeto Esqueleto para
cada um deles, que são atualizados da mesma maneira que o esqueleto principal.
Quadro 6 - Rotina para atualizar os esqueletos (parte 2)
Como especificado na seção 3.2.2, as classes MainWindow e EsqueletoWindow
compõem juntas a camada de interface com o usuário. A classe MainWindow é responsável
pela maior parte do controle da ferramenta, nela existe o método frameEsqueleto da linha
547 que é invocado a cada novo frame do esqueleto captado pelo sensor, todo o método pode
ser visto no Quadro 7. Na linha 558 é feita a chamada para o gerenciador do sensor atualizar
os esqueletos da ferramenta. Já na linha 580 é passada para a tela auxiliar a lista de objetos
gráficos que devem ser desenhados naquele momento, a lista foi retornada pelo gerenciador
de exercícios na linha 578.
Quadro 7 - Procedimento executado a cada novo frame captado pelo sensor Kinect
38
Para controle da ferramenta na classe MainWindow, foi criado o método
verificaEstadoAplicacao, onde é passado como parâmetro o comando no formato de
string para que o método verifique o estado da atual ferramenta e notifique o gerenciador de
exercícios sobre o que fazer. Um exemplo pode ser visto no Quadro 8, onde o método
reconhece o comando armazenado na variável resposta para iniciar a calibragem (linha 210)
e em seguida invoca o método do gerenciador de exercícios (linha 216).
Quadro 8 - Rotina para solicitar o inicio da calibragem ao gerenciador de exercícios
Outro método essencial criado na classe MainWindow é o falaReconhecida presente
na linha 150 (Quadro 9). Ele é invocado sempre que o sensor captar alguma palavra dita pelo
usuário. O reconhecimento da palavra deve atender ao limite de confiança especificado (linha
165). A palavra, se reconhecida, é passada para o método verificaEstadoAplicacao (linha
175) que, como mostrado anteriormente, vai tratar de atualizar a ferramenta. O método
falaReconhecida pode ser visto abaixo no Quadro 9.
39
Quadro 9 - Procedimento executado quando um comando de voz é reconhecido
Para que o esqueleto possa ser exibido em uma janela separada, foi criada a janela
EsqueletoWindow. Ela é formada por um componente ViewBox, que possui um Image, neste
último é que são desenhados os objetos que implementam a interface IObjetoGrafico2D,
retornados pela ferramenta. O método na classe EsqueletoWindow, que desenha os objetos é
o desenhaObjetosGraficos. Com o intuito de melhorar ao máximo a sensação de
profundidade na classe EsqueletoWindow, foi implementado o método ordenaListaPorZ
(linha 64 do Quadro 10) para o qual, é enviada a lista de objetos gráficos antes de desenhá-los
para que sejam ordenados decrescentemente pelo valor da propriedade Depth, que define a
profundidade dos objetos no espaço 3D. O algoritmo utilizado para ordenar a lista foi o
método bolha, a implementação do mesmo pode ser vista no Quadro 10.
40
Quadro 10 - Rotina para ordenar a lista de objetos gráficos
Para controlar as principais funções da ferramenta foi criada classe
GerenciadorDeExercicios. Ela foi implementada para receber “ordens” do restante da
ferramenta e, a partir disso, manusear os objetos que compõem o cadastro e execução dos
exercícios, além da calibragem do esqueleto.
Para realizar a calibragem do esqueleto a classe GerenciadorDeExercicios, possui
uma lista com duas instancias da classe BarraDeCalibragem que implementam a interface
IObjetoGrafico2D. As barras de calibragem são duas barras retangulares que serão
desenhadas na tela. Uma das barras vai aparecer sempre sobre pés do esqueleto e a outra vai
ficar a uma distancia fixa acima da primeira barra. O objetivo é que o usuário se mova para
frente e para trás até que a barra superior fique sobre a cabeça do esqueleto por mais de dois
segundos (linha 376 do Quadro 11). Assim, não importará qual a estatura do paciente, o
esqueleto sempre manterá a mesma proporção na tela. O trecho do método
verificaCalibragem que confere a calibragem pode ser visto no Quadro 11.
41
Quadro 11 - Procedimento para verificar a calibragem do esqueleto
Quanto ao controle dos exercícios e das peças, podem se destacar dois métodos da
classe GerenciadorDeExercicios. O primeiro é o iniciaPosicionamentoDasPecas da
linha 138 (Quadro 12) que durante o cadastramento, depois do usuário ter informado o
número de peças e estágios, e depois de todas as peças terem recebido as juntas que as
carregarão, faz com que a ferramenta inicie o posicionamento das peças no espaço 3D. A
classe gerenciadora de exercícios vai iniciar carregando a primeira peça do primeiro estágio
(linha 150) até que o usuário informe o comando para a peça ser solta na posição pretendida.
Quadro 12 - Procedimento para iniciar o posicionamento das peças
42
O segundo método relevante na classe GerenciadorDeExercicios é o
iniciaExercicio da linha 206 (Quadro 13). Este, após um exercício ter sido carregado do
banco de dados, marca todas as peças como ativas para que depois, o método
getObjetosGraficosADesenhar, retorne para desenhar na tela as peças do estágio
selecionado pelo usuário. No Quadro 13 está a codificação do método iniciaExercício.
Quadro 13 - Procedimento que inicia a execução de um exercício
Outro ponto que vale destacar é como a ferramenta interage com o banco de dados.
Para realizar essa interação foi criada a classe GerenciadorDeEntidades, que possui dois
métodos conversores: o primeiro é o persisteExercicio, que transforma uma instancia da
classe Exercicio em entidades T_EXERCICIO e T_EXERCICIO_PECA que são persistidas por
ele no banco utilizando a tecnologia Entity Framework. O segundo método é o
carregaExercicio da linha 43 (Quadro 14), que faz a tarefa inversa, carregando as entidades
de um exercício do banco de dados, instanciando um novo objeto da classe Exercicio e
retornando-o para a ferramenta. No Quadro 14, se pode ver o método carregaExercicio,
que recebe como parâmetro o código do exercício que se deseja carregar e, a partir do código,
consulta as entidades no banco de dados (linhas 51 e 59).
43
Quadro 14 - Procedimento que carrega um exercício do banco de dados
Para efetuar a troca de um estágio, deve-se atualizar a variável
PonteiroEstagioAtual da classe GerenciadorDeExercicios com o código do estágio
desejado. Assim, o método getObjetosGraficosADesenhar da mesma classe vai retornar
apenas as peças correspondente ao estágio indicado na variável PonteiroEstagioAtual, como
pode ser visto na linha 269 do Quadro 15.
Quadro 15 - Procedimento que retorna as peça a serem desenhadas
3.3.3 Operacionalidade da ferramenta
A seguir serão demonstrados, utilizando um exemplo básico, como funciona a
calibragem de um esqueleto, o cadastramento e execução de um exercício. A ferramenta é
controlada por comandos digitados no campo Comando ou por comandos de voz. Para que a
44
ferramenta reconheça os comandos de voz, a caixa de marcação Comandos por voz da tela
principal deve estar marcada. Essa opção de não reconhecimento de comandos fez-se
necessária devida à necessidade de usar a ferramenta em ambientes barulhentos, onde
palavras involuntárias poderiam ser captadas pela ferramenta, atrapalhando o seu uso.
3.3.3.1 Calibrando o esqueleto
No Quadro 16 são demonstrados os passos do processo de calibragem do esqueleto
feito pelo usuário. Inicialmente a ferramenta encontra-se no estado inicial (passo 1). Para
solicitar o início da calibragem deve-se dizer/digitar a palavra “caliber”. Feita a solicitação,
serão desenhadas as duas barras de calibragem que podem ser vistas no passo 2.
45
Quadro 16 - Executando a calibragem do esqueleto
Passo 1 Passo 2
Passo3 Passo 4
Passo 5
Observando o Quadro 16, é possível notar que, com as duas barras desenhadas, o
usuário deve posicionar-se de modo que as barra inferior e superior fiquem sobre os pés e
cabeça do esqueleto. No passo 2 pode-se ver que, no exemplo, quando iniciada a calibragem o
esqueleto está à frente da posição indicada, pois a altura atual do esqueleto é maior que a
altura base indicada pelas barras. Já no passo 3, o esqueleto ficou menor, pois o usuário
afastou-se do sensor. Por fim, com o usuário aproximando-se um pouco do sensor, foi
encontrada a distância ideal, sendo que as duas barras ficaram sobre a cabeça e pés do
usuário. Para indicar o posicionamento correto ambas as barras ficaram na cor verde, como
pode ser visto no passo 4. Após isso o usuário deve manter a posição por dois segundos, para
46
que a calibragem seja confirmada, as barras desapareçam e a ferramenta volte ao estado
inicial (passo 5).
Durante o processo de calibragem do esqueleto o usuário pode optar por cancelar o
processo. Para tanto, basta entrar com o comando “cancel” a qualquer momento, que o
sistema volta ao estado inicial.
3.3.3.2 Criando um novo exercício
O segundo processo é o de cadastramento de exercícios, tendo como início o passo a
passo na Quadro 17. Para iniciá-lo o usuário deve, com a ferramenta no estado inicial,
dizer/digitar a palavra “new”, como aparece no passo 1. Feito isto, a ferramenta vai solicitar
que seja informado o número de peças que o exercício conterá, o usuário deverá informar um
número inteiro. No exemplo, no passo 2, nota-se que na resposta exibida na tela foram
informadas duas (two) peças. Logo em seguida o sistema solicita o número de estágios que o
exercício terá. Outra vez deve ser informado um valor inteiro que, no exemplo, foi novamente
dois (passo 3).
Ainda no passo 3, do exemplo exibido no Quadro 17, a ferramenta solicita que seja
informada a junta do esqueleto que vai conduzir a primeira peça. Logo em seguida o usuário
a informa. No exemplo dado pode-se ver, no passo 4, que foi escolhida a junta que
corresponde à mão esquerda (left hand) do usuário. Assim, a peça aparece sobre a junta
passando a acompanhar os movimentos da mesma. Nesse estado, o usuário pode informar
mais juntas, nesses casos a peça vai aparecer no ponto central entre as duas primeiras juntas
listadas.
Um ponto importante a ser observado, é como devem ser ditas as expressões com duas
palavras. No exemplo dado no Quadro 17, o usuário informa a expressão “left hand” no passo
4 indicando que a junta correspondente à mão esquerda vai movimentar a primeira peça.
Nesses casos, as palavras devem ser ditas separadamente, com uma breve pausa para que o
sensor possa separá-las. Quando um comando for digitado, ao invés de falado, as palavras
podem ser escritas tanto separadas como juntas. Sempre que a ferramenta identificar que uma
expressão dita/digitada pode ter uma segunda palavra, o campo “resposta” da tela assumirá a
cor amarela até que a segunda palavra que compõe a expressão seja dita/escrita.
Seguindo a explicação sobre o cadastramento das juntas que conduzem as peças é
possível ver, no passo 5 do Quadro 17, que após dizer as juntas que conduzem uma peça, o
usuário deverá dizer o comando ”finish” para ir para próxima peça a ser configurada, se
houver.
47
Quadro 17 - Definindo as configurações do exercício
Passo 1 Passo 2
Passo 3 Passo 4
Passo 5 Passo 6
Com todas as peças configuradas com as juntas que as irão conduzir, deve ser
finalizado o cadastramento do exercício posicionando as peças no espaço 3D. No exemplo
usado, o usuário informou que o exercício conteria duas peças e teria dois estágios, assim,
como pode ser visto no Quadro 18, é iniciado o posicionamento da primeira peça no primeiro
estágio. Então, como visto no passo 1, o usuário conduz a peça até o local desejado. Nessa
parte o usuário deve usar o comando “here” para soltar a peça, como visto no passo 2.
48
Caso uma peça tenha sido posicionada de maneira equivocada, o usuário tem a
possibilidade de corrigir levando à(s) junta(s) até o local correto depois dizendo/escrevendo
novamente o comando “here”. Isso pode ser feito quantas vezes for necessário.
Para passar para a próxima peça, se houver, o usuário deve entrar com o comando
“finish”. Caso todas as peças de um estágio tenham sido cadastradas, é passado para a
primeira peça do próximo estágio, e assim por diante (passo 2 ao 6 do Quadro 18). Quando
não houver mais peças nem estágios para cadastrar, o sistema pede se o usuário deseja salvar
através do comando “save”, como mostrado no passo 6 do Quadro 18. Após salvar, a
ferramenta volta ao estado inicial.
Em qualquer passo do cadastramento dos exercícios é possível cancelar a operação,
voltando a ferramenta ao seu estado inicial. O comando usado para isto deve ser o “cancel”.
49
Quadro 18 - Posicionando as peças no espaço 3D
Passo 1 Passo 2
Passo 3 Passo 4
Passo 5 Passo 6
3.3.3.3 Executando um exercício
Tendo exercícios salvos no banco de dados com seus respectivos códigos, a ferramenta
permite carregá-los para que o usuário os execute. Para iniciar o carregamento, o comando
utilizado é o “load”, visto no passo 1 (Quadro 19). Logo na sequência será solicitado o código
do exercício desejado. Deverá ser informado então o código (numérico inteiro) de um
exercício cadastrado. E possível ver um exemplo desse processo no Quadro 19, onde, no
50
passo 2, o usuário informou que desejava carregar o exercício de código dezessete
(seventeen).
Ao carregar o exercício, a ferramenta solicita que seja informado o número do estágio
desejado, como pode ser observado no passo 3 (Quadro 19) do exemplo, onde o usuário
informou o estágio um (one). Assim, como pode ser visto no passo 4, o exercício carregado
está pronto para que o usuário possa usá-lo no estágio selecionado. Para alterar um estágio de
um exercício em execução basta informar o comando “alter step”, o sistema então solicitará
que seja informado um novo estágio (passo 5). Assim que este último seja informado, ele é
carregado na tela e estará pronto para ser utilizado.
Para terminar a execução de um exercício e voltar para tela inicial, pode-se usar os
comandos “cancel” ou “finish.
51
Quadro 19 - Carregando e executando um exercício
Passo 1 Passo 2
Passo 3 Passo 4
Passo 5 Passo 6
3.4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Esta seção tem por objetivo apresentar a metodologia e os resultados obtidos durante o
processo de avaliação da ferramenta desenvolvida.
3.4.1 Avaliação da ferramenta
O que mais se objetiva com os testes é avaliar a aplicabilidade da ferramenta nos
tratamentos fisioterapêuticos, levantando possíveis aperfeiçoamentos a serem feitos desde que
o uso da tecnologia aplicada mostre-se viável.
52
Para os testes, optou-se por fazer uma pesquisa qualitativa do tipo experimental
exploratória que, segundo Neves (1996, p. 1), costuma ser direcionada e não busca enumerar
ou medir eventos. Geralmente, esse tipo de pesquisa não emprega instrumental estatístico para
análise dos dados. Seu foco é bastante amplo partindo de uma perspectiva diferente da
adotada pelos métodos quantitativos. Neves ainda complementa que “nas pesquisas
qualitativas, é frequente que o pesquisador procure entender os fenômenos, segundo a
perspectiva dos participantes da situação estudada e, a partir, daí situe sua interpretação dos
fenômenos estudados”.
Com o objetivo de fazer uma pré-avaliação da ferramenta antes de usá-la com
pacientes reais, na tentativa de aperfeiçoá-la ao máximo antes do seu uso em testes mais
sérios, este trabalho contou com a participação de duas acadêmicas do curso de Fisioterapia
da Fundação Universidade Regional de Blumenau – FURB, também em fase de conclusão. O
objetivo foi cooperar do desenvolvimento de ambos os trabalhos de conclusão de curso, onde
o trabalho feito pelas acadêmicas de Fisioterapia é intitulado como “A aplicabilidade do
sensor Kinect como ferramenta de auxílio na reabilitação neurológica”.
3.4.2 Versão inicial reprovada
Inicialmente, foi criado um protótipo da ferramenta com objetivo de funcionar como
uma espécie de jogo, onde os pacientes precisavam atingir alvos com os membros definidos
no cadastramento para que um alvo se apagasse e um próximo ficasse visível. Esse ciclo era
repetido durante um número de vezes definido ao carregar o exercício.
Porém, com os primeiros testes feitos utilizando os próprios acadêmicos como
pacientes, constatou-se que poderia haver uma grande dificuldade em executar os exercícios
por parte de indivíduos com uma maior incapacidade motora. Isso poderia ocasionar um
esforço demasiado e ainda assim, não conseguiriam prosseguir para os próximos alvos, e
consequentemente, não finalizariam os exercícios com sucesso, prejudicando de maneira
grave o tratamento.
Uma alteração fez-se necessária: os alvos não deveriam mais se apagar para que outro
ficasse visível, mas sim, todos os alvos de um estágio deveriam ficar visíveis de uma só vez.
Com isso, a ferramenta passaria a ter um papel apenas direcional para o paciente durante um
exercício, ou seja, os alvos passariam a servir apenas como referências para qual direção os
membros dos pacientes deveriam ser movimentados. A reponsabilidade de verificar se um
paciente atingiu um alvo ou não, deixou de ser da ferramenta e passou para o fisioterapeuta
53
que estará acompanhado o paciente, ficando sobre seu critério decidir se o ponto alcançado
pelo paciente está ou não dentro do perímetro esperado.
Retirando a obrigatoriedade em atingir os alvos com membros específicos, a
ferramenta ficou mais flexível, pois uma configuração de exercício, antes criados para
fortalecimento de determinada lista de membros, passou a permitir o uso da mesma
configuração para outros exercícios com finalidades diferentes.
3.4.3 Versão final
Após a rejeição da versão inicial, foi feita uma readequação nos resquisitos e na
especificação da ferramenta. Ao final chegou-se à uma nova versão que pôde ser utilizada nos
testes com os pacientes. Nos tópicos a seguir serão apresentados e debatidos os resultados
obtidos a partir desta versão final.
3.4.4 Amostragem e instrumentos de coleta de dados
Para os testes com pacientes reais, foi selecionada um total de seis pacientes de idade
adulta, de ambos os sexos, que apresentavam algum tipo de disfunção motora. Os critérios de
exclusão na filtragem dos pacientes foram: crianças, indivíduos com déficit cognitivo
associado ou que tenham algum déficit visual.
Para coleta dos dados foram utilizados os seguintes instrumentos:
a) termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE) disponível no APÊNDICE B.
Todos os pacientes foram voluntários para participar e deram seu consentimento
através deste;
b) Mini Exame do Estado Mental (MEEM) disponível no APÊNDICE C. O objetivo
do exame é avaliar o status cognitivo dos pacientes, uma vez que é necessário que
eles entendam as tarefas que serão propostas na pesquisa. Na avaliação, os
indivíduos que concluíram a 5º série do ensino fundamental deverão apresentar
uma pontuação mínima de 23, já para os que não concluíram a 5º série a pontuação
mínima é 19. Somente os indivíduos que apresentarem desempenho cognitivo
correspondente ao seu grau de instrução estarão aptos a participar do estudo;
c) a ferramenta desenvolvida. Foi utilizada a versão final da ferramenta especificada
e desenvolvida neste trabalho;
d) questionário disponível no APÊNDICE D. O questionário contém questões
visando a captação de alguns dados pessoais dos pacientes juntamente com 10
perguntas sobre a aplicabilidade da ferramenta desenvolvida.
54
3.4.5 Procedimentos para coleta de dados
A pesquisa foi realizada no campus III na Clínica de Fisioterapia na Universidade
Regional de Blumenau – FURB, localizado no endereço: Rua São Paulo, nº 2171, Bairro
Itaipava Seca, Cidade de Blumenau – Santa Catarina.
Após o paciente ter assinado o TCLE e ter atentingido à pontuação mínima no seu
respectivo MEEM, cada um dos seis pacientes foi orientado a efetuar uma série de até sete
exercícios disponibilizados através da ferramenta desenvolvida que variavam dependendo do
grau de incapacidade motora de cada indivíduo. A seção de exercícios demorava em média 1
hora por paciente. As datas de realização dos testes de cada paciente estão disponíveis no
Quadro 20. Ao fim das sessões os pacientes foram submetidos ao questionário qualitativo.
Quadro 20 - Data dos testes Paciente Data do teste Paciente A 22/05/2013 Paciente B 22/05/2013 Paciente C 22/05/2013 Paciente D 27/05/2013 Paciente E 27/05/2013 Paciente F 27/05/2013
3.4.6 Análise qualitativa dos resultados
Todos os seis pacientes atingiram a pontuação mínima do MEEM. Todos também
realizaram a seção de exercícios sem dificuldades que impedissem a finalização dos testes
com sucesso. Ao fim, os pacientes responderam ao questionário qualitativo. Com base nas
respostas de cada um, foi montado o Quadro 21.
55
Quadro 21 - Respostas dos pacientes ao questionário Pergunta / Paciente A B C D E F 1 - Você gosta das sessões de Fisioterapia convencional?
Sim Sim Sim Sim Sim Sim
2 - Há quanto tempo você recebe tratamento fisioterapêutico? (meses)
8 24 24 10 36 11
3 - Você já havia recebido algum tipo de tratamento fisioterapêutico que utilizasse algum recurso diferente (videogame, computador)?
Não Não Não Não Não Não
4 - Se sim na resposta anterior, você ainda realiza esse tratamento?
5 - Você acredita ter sido fácil compreender a proposta das atividades do Kinect?
Sim Não Sim Sim Sim Sim
6 - Você acredita que a realização das atividades propostas na sessão de fisioterapia, tornaram- se mais fáceis com o uso do Kinect?
Sim Não Sim Não Sim Sim
7 - Existe alguma atividade proposta que você considerou de difícil compreensão?
Não Não Não Não Não
8 - Existe alguma atividade proposta que você acredita ter sido mais difícil de executar?
Não Sim Não Não Não
9 - Você acredita que as atividades realizadas com o auxílio do Kinect, sejam próximas de atividades que você realiza no seu dia-a-dia? (comer, alcançar algum objeto, sentar, caminhar).
Sim Sim Sim Sim Sim Sim
10 - Se você tivesse oportunidade, gostaria de participar de algum tratamento em Reabilitação Neurológica que utilize o sensor Kinect como ferramenta?
Sim Não Sim Sim Sim Sim
No Quadro 21 estão representadas todas as respostas dos pacientes que participaram
dos testes da ferramenta. As perguntas com respostas vazias, com exceção a pergunta 4, estão
sem respostas pelo fato de que o paciente não soube responder.
Observando o Quadro 21, é possível ver que o uso de ferramentas computacionais em
tratamentos fisioterápicos foi novidade para todos os pacientes, isso se comprova com base
nas respostas à pergunta 3. Outro ponto importante que correspondeu de maneira positiva à
pesquisa, foi o fato de todos os exercícios propostos ficarem parecidos com atividades
cotidianas dos pacientes, como pode ser visto nas respostas à pergunta 9.
Como visto na pergunta 6, a maioria dos pacientes concordou que as atividades
ficaram mais fáceis utilizando a ferramenta se comparado aos métodos tradicionais de
fisioterapia.
As perguntas 7 e 8, complementam o resultado da questão 6, onde pode-se deduzir que
os exercícios foram de fácil entendimento para a maioria, não encontrando maiores
dificuldades na hora de executá-los.
56
Na pergunta 10 nota-se que os pacientes ficaram satisfeitos com o uso da ferramenta
no tratamento, sendo que a maioria gostaria de participar novamente em outras oportunidades.
3.4.7 Comparativo com os trabalhos correlatos
A partir dos resultados obtidos pela ferramenta proposta neste trabalho através dos
testes com os pacientes, no Quadro 22 é demonstrado um comparativo com os trabalhos
correlatos citados na seção 2.3.
Quadro 22 - Comparação com os trabalhos correlatos
características / trabalhos relacionados
Trabalho Proposto
Bresciani e Conto (2012)
Ferraz e Yamashita
(2012)
Freitas et al. (2012)
1 - É uma ferramenta específica? Sim Não Sim Sim 2 - Realizou testes com pacientes reais?
Sim Sim Não Sim
3 - Permite a inserção de novos exercícios?
Sim Não Não Não
4 - Pode ser utilizar em diferentes tipos de tratamento fisioterápicos?
Sim Não Não Não
5 - Faz avaliação dos movimentos? Não Não Não Sim
Com base nos dados mostrados no Quadro 22, pode-se perceber que a ferramenta
desenvolvida neste trabalho se sobressai em alguns pontos se comparada às ferramentas
propostas nos demais trabalhos citados na seção 2.3. A ferramenta proposta neste trabalho é a
única que permite a inserção de exercícios dinamicamente (questão 3), ou seja, o
fisioterapeuta pode cadastrar inúmeros exercícios de acordo com a sua necessidade (questão
4). Porém vê-se que a ferramenta desenvolvida por Freitas et al. (2012) fornece a avaliação
dos movimentos, dando um feedback em tempo real se estes forem feitos de maneira errada,
funcionalidade esta que não foi implementada na ferramenta desenvolvida neste trabalho
(questão 5).
57
4 CONCLUSÕES
Avaliando os resultados e observando os aspectos computacionais da pesquisa,
percebe-se que o uso do Kinect foi considerado fácil pela maior parte dos pacientes, pois a
maioria relatou que o seu uso é de fácil execução. Quanto aos exercícios propostos também
afirmaram que gostariam de usar o Kinect nos tratamentos em outras oportunidades.
Observando os pacientes durante os testes, pôde-se confirmar que, apesar de os
movimentos do esqueleto mapeado pelo Kinect corresponderem bem aos movimentos
realizados no mundo real pelos usuários, existe algumas melhorias que contribuiriam ainda
mais no uso desse tipo de ferramenta na área da fisioterapia. A principal dificuldade
encontrada com relação à precisão da leitura dos movimentos surge quando o usuário cruza
dois membros ou quando membros do corpo de dois ou mais usuários se sobrepõe, isso fez
com que alguns exercícios fossem descartados antes dos testes.
Outro problema que foi contornado de maneira provisória na ferramenta é o fato de
pessoas com as mais diversificadas estaturas precisarem executar os mesmos exercícios. O
módulo de calibragem desenvolvido na ferramenta foi à maneira mais fácil encontrada de
resolver esse problema, tornando a ferramenta menos confortável, uma vez que pode ser
considerado um obstáculo a mais para pacientes com dificuldades de locomoção, por
exemplo.
A opção de usar comandos de voz para controlar a ferramenta também teve seu uso
aprovado. Porém, existem locais onde ela não deve ser utilizada. Geralmente nestes locais
existem ruídos externos, conversa paralela durante o uso da ferramenta ou são locais onde a
fala reproduz eco, tudo isso, dificulta a interpretação das palavras pelo sistema de
reconhecimento. Outra dificuldade está no fato de o reconhecimento de voz só funcionar no
idioma inglês, visto que nem todos os usuários têm domínio deste idioma.
Todas as ferramentas utilizadas na construção da ferramenta, não apresentaram
nenhuma limitação, destaque para o ambiente de desenvolvimento Visual Studio 2012, que
supriu com tranquilidade a criação de todos os componentes utilizados no projeto, desde a
especificação da ferramenta até os testes finais da mesma.
Os pacientes mostraram otimismo em relação ao uso deste tipo de recurso
computacional nos seus respectivos tratamentos de reabilitação. Em sua maioria, relataram
que se sentiram mais motivados na realização dos exercícios com o Kinect em comparação ao
modelo de tratamento tradicional. E também demostraram interesse em utilizar a ferramenta
novamente, em futuras oportunidades.
58
Por fim, levando em consideração os testes, principalmente os feitos utilizando
pacientes reais, considerou-se a ferramenta, bem como o seu uso, positiva a tratamentos de
reabilitação fisioterápicos. O sensor Kinect, mostrou-se hábil para uso em ferramentas
voltadas à fisioterapia, apesar de ainda mostrar limitações devido à imprecisão em certos
movimentos, como dito anteriormente.
4.1 EXTENSÕES
Apesar dos resultados obtidos terem sidos positivos, a ferramenta ainda permite que
sejam feitas uma série de melhorias, tanto referentes ao funcionamento, como referentes à
interface com o usuário.
Referente à interface, existe desde alterações simples até alterações que envolvem um
nível de computação gráfica avançado. Algumas delas são:
a) criar campos que exibam mais informações sobre os exercícios: atualmente, a
ferramenta só exibe as informações referentes aos comandos que o usuário deve
informar ou que informou. Dados dos exercícios como o número de peças, número
de estágios e tempo de execução não são exibidos pela versão atual;
b) melhorar a parte gráfica do objetos interativos: o esqueleto e os demais objetos
interativos, hoje, são desenhados e exibidos em um ambiente 2D, onde a noção de
profundidade é significativamente limitada. No campo da computação gráfica
existem alguns métodos que poderiam ser aplicados na ferramenta para melhorar a
sensação de profundidade, como adicionar efeitos de sombra e iluminação nos
objetos, o desenho de algo que simule chão e paredes, etc.. Outra opção seria
utilizar ferramentas gráficas mais avançadas (como o XNA Framework) para
mudar o espaço de desenho para uma ambiente 3D, criando uma série de
possibilidades que não são possíveis em ambientes 2D;
c) criar contextos para os exercícios: a ferramenta hoje, exibe na tela um esqueleto
formado por linhas simples que ligam as juntas, as peças dos exercícios são apenas
circunferências de tamanho fixo e cor única e o ambiente é formado por um fundo
de cor cinza. Uma opção seria permitir criar ambientes que simulem lugares
cotidianos onde os pacientes realizam suas atividades diárias. Por exemplo,
desenhar na tela um ambiente que represente uma cozinha (com prateleiras,
armários, etc.), onde as peças sejam representadas por figuras de panelas, pratos,
59
talheres, etc. Permitindo assim ao fisioterapeuta contextualizar o exercício que o
paciente deverá executar;
d) melhorar a representação do esqueleto: mudar a forma que o corpo do usuário é
representado na tela. Exibir um personagem ou exibir a imagem do próprio usuário
seriam maneiras de melhorar a interação com a ferramenta.
Referente à funcionalidade da ferramenta, algumas melhorias também poderão ser
feitas. Uma delas é melhorar o rastreamento do esqueleto, pois há casos, como quando dois
membros se cruzam, onde o sensor retorna a posição de algumas juntas totalmente incoerente
à posição das mesmas no mundo real. Também seria interessante aprimorar o processo de
leitura, de modo que informações como a rotação dos membros possam ser interpretadas e
utilizadas na avaliação dos movimentos, por exemplo.
Outra melhoria seria criar um processo no qual a ferramenta calibre o esqueleto
automaticamente, sem que precise ter uma opção exclusiva para isto. Isso garantiria uma
maior agilidade durante o cadastramento e execução dos exercícios, e também maior
facilidade no uso da ferramenta.
Além disso, poderia ser incorporada na ferramenta funcionalidades referente à
avaliação dos movimentos feitos pelo pacientes. Como avaliar se os movimentos de ambos os
braços estão similares ou se ângulo formado entre membros de uma junta estão dentro dos
limites impostos nos exercícios.
60
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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62
APÊNDICE A – Detalhamento dos casos de uso
No caso de uso do Quadro 23 – Caso de são demonstrados em detalhes o processo de
calibragem de um esqueleto.
Quadro 23 – Caso de uso calibrar esqueleto UC01 – Calibrar esqueleto Pré-condições 01) O sensor Kinect deve estar conectado
02) No mínimo um esqueleto deve estar sendo rastreado 03) O sistema estar no estado inicial
Cenário principal 01) O usuário escolhe a opção de calibragem do esqueleto 02) O sistema exibe as barras superior e inferior para definir o correto
posicionamento 03) O usuário posiciona-se na posição correta indicada pelo sistema 04) O sistema aguarda por 2 segundos para certificar-se que o usuário
permanecerá na posição correta 05) O sistema ajusta o esqueleto à posição do usuário 06) O sistema volta ao estado inicial * Nos passos 2 e 3 o usuário pode cancelar o processo
Cenário de exceção 1 No passo 4 do cenário principal caso o usuário saia da posição correta indicada antes dos 2 segundos 01) O sistema volta ao passo 3 do cenário principal
Pós-condições 01) O esqueleto estará calibrado 02) O sistema estará no estado inicial
No caso de uso do Quadro 24 é demonstrado o processo de cadastramento de um
exercício.
63
Quadro 24 - Caso de uso cadastrar exercício UC02 – Cadastrar exercício Pré-condições 01) Um sensor Kinect deve estar conectado
02) No mínimo um esqueleto deve estar sendo rastreado 03) Estar conectado ao banco de dados 04) O sistema estar no estado inicial
Cenário principal 01) O usuário escolhe a opção de cadastrar novo exercício 02) O sistema solicita ao usuário o número de peças que ele deseja
cadastrar 03) O usuário informa o número de peças 04) O sistema solicita o número de estágios que o exercício conterá 05) O usuário informa o número de estágios 06) O sistema assume a primeira peça como sendo a atual 07) O usuário lista as juntas que irão mover a peça atual 08) O sistema verifica se todas as peças tiveram suas juntas cadastradas 09) O sistema assume a primeira peça do primeiro estágio como sendo a
atual 10) O sistema pede para o usuário posicionar a peça atual na posição
desejada 11) O usuário posiciona a peça 12) O usuário confirma a posição 13) O sistema verifica se ainda existem peças a serem posicionadas para
o estágio atual 14) O sistema verifica se ainda existem estágios com as peças não
posicionadas 15) Solicita ao usuário a confirmação, para, se deseja salvar o exercício
no banco de dados 16) O sistema salva o exercício no banco de dados 17) O sistema volta ao estado inicial * Em todos os passos do cenário principal o usuário pode cancelar o processo
Cenário exceção 1 No passo 08 se existem peças que ainda não tiveram as juntas especificadas 08.1) O sistema assume a próxima peça como sendo a atual 08.2) O sistema volta para o passo 07
Cenário exceção 2 No passo 13 se ainda existem peças a serem posicionadas no estágio atual 13.1) O sistema assume a próxima peça como sendo a atual 13.2) O sistema volta para o passo 10
Cenário exceção 2 No passo 14 se ainda existe estágios com as peças não posicionadas 14.1) O sistema assume a primeira peça do próximo estágio como sendo a atual 14.2) O sistema volta para o passo 10
Pós-condições 01) O exercício estará salvo 02) O sistema estará no estado inicial
No caso de uso do Quadro 25 está descrito o processo de carregar um exercício
cadastrado.
64
Quadro 25 - Caso de uso carregar exercício UC03 – Carregar exercício Pré-condições 01) Um sensor Kinect deve estar conectado
02) Estar conectado ao banco de dados 03) O sistema estar no estado inicial
Cenário Principal 01) O usuário escolhe a opção de cadastrar o novo exercício 02) O sistema solicita ao usuário o código do exercício desejado 03) O usuário informa o código do exercício 04) O sistema carrega o exercício * Em todos os passos do cenário principal o usuário pode cancelar o processo
Pós-condição O exercício estará carregado
No caso de uso do Quadro 26 são expostos os procedimentos para executar um
exercício carregado.
Quadro 26 - Caso de uso executar exercício UC04 – Executar Exercício Pré-condições 01) Um sensor Kinect deve estar conectado
02) Um exercício ter sido carregado Pré-condições 01) O sistema solicita ao usuário o estágio no qual ele deseja executar
o exercício 02) O usuário informa o estágio 03) O sistema exibe o as peças do estágio selecionado 04) O usuário solicita o fim do exercício 05) Volta para o estado inicial * Em todos os passos do cenário principal o usuário pode cancelar o processo
Cenário alternativo 1 No passo 03 caso o usuário solicite mudar de estágio 01) Retorna ao passo 01 do cenário principal * No passo 01 do cenário alternativo 1 o usuário pode cancelar o processo
Pós-condição O sistema estará no estado inicial
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APÊNDICE B – Termo de consentimento livre e esclarecido
No Quadro 27 está a parte inicial do TCLE submetido aos pacientes antes dos mesmos
participarem dos testes.
Quadro 27 – Termo de consentimento livre e esclarecido (parte 1)
TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO
Acadêmicas: Daniela Cristina Sabel e Giuvana Cássia Soares Vettorello
Título do estudo: A aplicabilidade do sensor Kinect como ferramenta de auxílio na
reabilitação neurológica.
Paciente:___________________________________________________D.N:___/___/_____
Responsável legal: __________________________________________D.N:___/___/_____
Você está sendo convidado a participar do estudo acima citado. O documento abaixo contém
todas as informações necessárias sobre a pesquisa que estamos fazendo.
Sua colaboração voluntária neste estudo será de muita importância para nós, mas se desistir a
qualquer momento, isso não causará nenhum prejuízo a você.
Estou ciente que: O objetivo geral do estudo é investigar a aplicabilidade do Console X-box e
seu acessório Kinect na reabilitação neurofuncional.
Realizado no dia:_________________________na Clínica de Fisioterapia da Universidade
regional de Blumenau - FURB, atendido (a) pelas acadêmicas do curso de fisioterapia da
Universidade Regional de Blumenau.
Em relação às informações prestadas pelas acadêmicas acima indicada durante a
consulta, o(a) paciente declara:
• Ter tido oportunidade de realizar perguntas e tirar dúvidas relativas à pesquisa,
66
No Quadro 28 encontra-se a parte final do TCLE.
Quadro 28 - Termo de consentimento livre e esclarecido (parte 2)
sendo que a mesma foi devidamente esclarecida;
• Estar ciente que a proposta que lhe foi indicada não apresenta garantia de cura ou
resultado.
Assim sendo, o(a) paciente declara que LEU, FOI INFORMADO, ENTENDEU E
CONCORDOUcom os termos acima e, por esta razão, AUTORIZA as acadêmicas
identificadas, a realizar o estudo em seu favor. Declara ainda QUE LHE FOI ENTREGUE
UMA CÓPIA DO PRESENTE TERMO DE CONSENTIMENTO INFORMADO, para sua
guarda e disposição.
Blumenau,___/___/____ Paciente: __________________________________________
Responsável Legal:____________________________________
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APÊNDICE C – Mini exame do estado mental
No Quadro 29 está a primeira parte do MEEM aplicado nos pacientes antes de
submetê-los às sessões de exercícios.
Quadro 29 – Mini exame do estado mental (parte 1)
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No Quadro 30 está a segunda parte do MEEM.
Quadro 30 - Mini exame do estado mental (parte 2)
69
No Quadro 31 está a parte final do MEEM.
Quadro 31 - Mini exame do estado mental (parte 3)
70
APÊNDICE D – Questionário
No Quadro 32 encontra-se a primeira parte do questionário submetido aos pacientes
após a sessão de exercícios.
Quadro 32 – Questionário (parte 1)
71
No Quadro 33 está a segunda parte do questionário.
Quadro 33 – Questionário (parte 2)
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